Un nouveau matériau, développé conjointement par des chercheurs d’Ulm et d’Iéna, permet de stocker l’énergie solaire et de la convertir en hydrogène plusieurs jours plus tard, même dans l’obscurité. Ce processus est réversible et peut être réactivé à plusieurs reprises grâce à un interrupteur de pH. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Communications .
L’hydrogène vert est un pilier essentiel de la transition énergétique. Il est produit à partir de la lumière solaire grâce à des procédés photocatalytiques. Il existe aujourd’hui diverses technologies pour convertir et stocker l’énergie solaire en énergie chimique. Mais pour la première fois, un matériau a été mis au point avec succès : il peut stocker l’énergie solaire pendant plusieurs jours, puis la libérer sous forme d’hydrogène « d’une simple pression sur un bouton ». « On peut le considérer comme une combinaison d’une cellule solaire et d’une batterie à l’échelle moléculaire », explique le professeur Sven Rau , directeur de l’Institut de chimie inorganique I de l’université d’Ulm.
Un copolymère hydrosoluble à activité redox est utilisé comme matériau de stockage temporaire d’énergie ou d’électrons. Les copolymères sont des macromolécules composées de différents éléments organiques. Ils forment une structure stable et sont dotés d’unités fonctionnelles aux propriétés physico-chimiques spécifiques, en l’occurrence une activité redox renforcée. Le système mis au point par les chercheurs d’Ulm et d’Iéna atteint un rendement de charge supérieur à 80 % et se maintient pendant plusieurs jours.
₃ ]Cl₂ ( 12,5 µm) dans l’eau contenant 0,09 M de TEA et 0,075 M de NaH₂PO₄ (A) et cinétique de charge correspondante (B). SOC désigne l’état de charge ; les valeurs moyennes sont affichées et les barres d’erreur représentent l’écart-type de n = 3 mesures indépendantes. Crédit : Nature Communications (2026). DOI : 10.1038/s41467-026-68342-2
« Au besoin, nous pouvons récupérer l’énergie chimique sous forme d’hydrogène. Les électrons stockés sont utilisés efficacement à cette fin », précise le professeur Ulrich S. Schubert , directeur de l’Institut de chimie organique et de chimie macromoléculaire de l’Université Friedrich Schiller d’Iéna, qui a coordonné l’étude avec Rau. L’ajout d’un acide et d’un catalyseur de dégagement d’hydrogène permet la recombinaison des électrons stockés dans le polymère avec des protons, produisant ainsi de l’hydrogène à la demande. Le rendement atteint un niveau remarquable de 72 %. Un autre avantage important est que ce processus se déroule également dans l’obscurité, c’est-à-dire que le soleil brille ou non.
Redémarrage du système par un interrupteur de pH :
Si la solution est ensuite neutralisée, le système peut être exposé à la lumière et rechargé. « Ceci est dû à la réversibilité des réactions d’oxydoréduction à base de polymère, permettant de multiples cycles de charge, de stockage et de catalyse. L’avantage de ce procédé est qu’il n’est pas nécessaire d’isoler le polymère au préalable. Pour réinitialiser le système, il suffit de modifier son pH », expliquent les deux principaux auteurs de l’étude, Marco Hartkorn (Université d’Ulm) et le Dr Robin Kampes (Université d’État de Floride d’Iéna). Cet interrupteur de pH présente non seulement un aspect pratique, mais aussi esthétique : lorsque la batterie est déchargée en présence d’acide, sa couleur passe du violet au jaune ; si elle est ensuite rechargée à la lumière, le jaune redevient violet et la batterie est de nouveau opérationnelle.
Nouvelles perspectives industrielles
« Ce projet revêt également une importance scientifique majeure car il associe des concepts très différents issus du domaine de la chimie, qui ont par ailleurs peu de points de convergence : la chimie des polymères macromoléculaires et la photocatalyse », explique le professeur Sven Rau. Les chercheurs sont convaincus que de telles méthodes de production d’hydrogène « à la demande » pourraient également être utilisées pour des procédés industriels énergivores, comme par exemple pour une production d’acier neutre en carbone, qui repose sur un approvisionnement fiable en hydrogène vert. « Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour des technologies de stockage solaire rentables et évolutives, et constituent une étape importante vers une économie énergétique durable, fondée sur la chimie », souligne le professeur Ulrich Schubert. Ce projet, auquel ont également participé des chercheurs de l’Institut Leibniz de technologie photonique de Jena, a été mené dans le cadre du Centre de recherche collaborative TRR/SFB 234 « CataLight » des universités d’Ulm et de Jena.
À propos du Centre de recherche collaborative transrégional 234 CataLight :
Le Centre de recherche collaborative transrégional commun « Catalyseurs moléculaires photoactivés dans des matériaux à structure hiérarchique – Synthèse et études mécanistiques » (CataLight) – de l’Université d’Ulm et de l’Université Friedrich Schiller d’Iéna, se consacre aux méthodes innovantes et durables de photocatalyse. Ses principaux objectifs sont la conversion de l’énergie solaire en énergie chimique et la production d’hydrogène « vert » à partir de la lumière solaire. Les partenaires du projet CataLight sont l’Université de Vienne, l’Université Johannes Gutenberg de Mayence, l’Institut Max Planck de recherche sur les polymères de Mayence et l’Institut Leibniz de technologie photonique d’Iéna. La Fondation allemande pour la recherche (DFG) finance cette alliance à hauteur de plus de douze millions d’euros pour la période 2022-2026.
